第七章 河口与三角洲

第七章河口与三角洲在河流注入海洋、湖泊或汇入主流的河流下游地带，河流与所注入的水体发生作用，形成河口这一特殊的动力环境。世界上绝大多数河流是以海洋和湖泊作为它们的受水盆地，在侵蚀作用大于堆积作用的河口地区，形成河口湾；在以堆积作用为主的河口地区，发育三角洲。第一节河口及其分类一、河口的概念河口是河流与海洋之间的通道，它向陆延伸到潮汐上限所及的河谷范围。这个范围通常可划分为三段：1.与开阔海洋自由联系的河口下游段(或海洋段)；2.盐、淡水强烈混合的河口中游段；3.主要为淡水控制但受潮汐影响的河口上游段(或河流河口段)。三个段的界线随径流量变化而发生迁移。河口区的分段近口段潮区界——潮流界河口段潮流界——口门单向水流双向水流口外海滨段口门——三角洲前缘斜坡近口段、河口段、口外海滨段陆海入海河口的分段近口段：受潮汐和风成增水影响的河段，河流作用占主导地位。河口段：始于河口水流岐分之处（三角洲顶点），向海至水边线或河口湾出露的砂岛与水下浅滩的分界线。口外海滨：在河口段之外至前缘斜坡。近口段：指的是潮区界和潮流界之间的河段。潮流界:在上溯的潮流流速正好和河水流速相抵消处,潮流才停止上涌,此处称潮流界。潮区界：潮流界以上的河段，河水位受潮流顶托的影响，这种影响的最远点，叫潮区界。这里的水动力表现为河流的径流作用，水流只有单向向下游方向的运动，但潮汐作用使这一河段的水位产生有规律的涨落，并引起河流流速的变化。在这一地段只形成单一的河流地貌和冲积地层。河口段：从潮流界到口门，这里水流开始分汊或形成三角洲。具有径流下泄和潮流上溯双向水流作用，变化复杂，河床很不稳定。径流和潮流两种力量相互消长，愈向上游，径流的作用愈显著；向下游，潮流逐渐代替径流作用，成为塑造河床的主要动力。河流河口段上主要发育汊河和河口沙岛。口外海滨段：口门以外到滨海浅滩的前缘坡折处，在大陆架狭窄的地区，口外海滨段和大陆坡相连。动力作用以潮汐、海流、波浪等海洋动力为主，河流只起运供泥沙的作用。由于比降减小，河流输入的泥沙发生堆积，形成水下三角洲和水下浅滩等。(一)河口的自然地理分类1．高度起伏河口河谷剖面呈“U”型，如峡湾(1a、b)。2．中等起伏河口河谷剖面呈“V”型，且河谷弯曲，如里亚斯式河谷(2)。这种河口在石灰岩地区尤为发育。3．低度起伏河口如平原海岸河口(3)：河口较小且有多个分汊，平面形态上呈喇叭形，有的河口受沙坝或堡岛的部分堵塞，使河口具有泻湖或海湾的特征；3．低度起伏河口沙坝河口(4)：河口延伸方向受沙嘴延伸方向限制，使下游河段的走向与海岸线相平行3．低度起伏河口盲状河口(5)：沿岸漂沙、沙丘或沙坝对河口产生季节性堵塞作用。4．三角洲前沿河口如在三角洲前缘，具有分汊河道堆积体的河口湾(6)。5．复合型河口如构造河口(7)，在低平原海岸的背后发育里亚斯式河谷。(二)河口的盐度结构分类普里查尔德(1955)根据河口的盐度分布和环流特征，将河口划分为三大类型。在不同类型的河口，径流量与潮流量之比有明显差别，可用咸-——淡水混合指数Ml来衡量：MI=半个潮周期内进入河口的淡水量/一个潮周期内进入河口的总潮流量（即潮棱柱）1．高度分层型河口(A型)这种类型的河口以径流作用为主，MI≧1，海水则呈楔形沿着河口向上游方向入侵。在不考虑摩擦作用的情况下，咸淡水之间保持着水平的界面。在界面以上的淡水，其流向均指向下游；在界面以下的咸水，其流向均指向上游。然而，由于河水和海水都有粘滞性，在界面附近流动的水体会产生切变现象，使界面向下游方向推移，直至表面形成足以抵抗切变力的坡度时，淡水层下面的盐水层形成向上游方向微缓倾斜的楔形。这种河口称为盐水楔河口。美国密西西比河的西南分流河口，盐水楔顶端位置可上下移动l35nmile我国珠江口也属于此类型。河口的盐度结构类型2．轻度混合型(或部分混合型)河口(B型)当MI=0.2～0.5，潮流足以使咸淡水混掺时，就会产生轻度混合，这时咸淡水之间没有明显的界面，不存在盐度梯度很大的过渡带(即盐跃层)。但在垂向上多底层和表层的盐度仍有显著的差别。在涨潮过程，底部的流速增大，而表层的流速减小；落潮过程则相反。因此，在一个潮周期内，对河口区的环流泥沙运动有很大的影响。在这种河口，盐水楔入侵的界限随着径流量和潮汐强度的变化而移动，在移动的范围内出现“最大浑浊带”。浑浊带内的悬浮质浓度和水体的浑浊度比它的上、下游高得多，从而造成了该带内泥沙颗粒快速沉积。长江口是轻度混合型河口的例子。河口的盐度结构类型河口的盐度结构类型3．高度混合型(或强混合型)河口在潮汐作用远超过径流作用的河口，MI≦0.1，垂向上咸淡水混合比较均匀，盐度梯度消失，在纵向盐度从河口向上游方向逐渐递减，底层的盐度高于表层。在潮汐作用强,河槽的宽、深比例较大的河口，咸淡水发生强烈混合，在垂向上表层和底层的盐度差不超过10‰，盐度线几乎成垂直分布，而在纵向上盐度从湾口向湾顶递减。由于河槽的宽、深大，在柯氏力作用下，北半球的河口左侧盐度高，而右侧的盐度较低。余流常沿河口的左侧上溯，而沿侧下泄入海，因此河口区存在水平环流。第二节河口湾沉积一、河口区水动力特征及其沉积作用入海河流河口区既有河流动力作用，又有海洋动力作用；既有物理过程，又有咸淡水混合等化学过程；上述作用又随着时间和空间位置的不同而发生变化，因此其水动力条件是十分复杂的。1．双向水流径流和潮流结合形成的双向水流，是潮汐河口水动力的主要特点。河流单向向下流动，其水量有洪、枯季节的变化；潮流则是上下往复流动，有日变化和季节变化。径流和潮流互相接触，交替更迭，形成不同组合。涨潮时，潮流和径流流向相反，二者的作用相互抵消使水流流速降低，由此导致侵蚀能力减小，堆积加剧。落潮时，潮流和径流流向一致，水流流速增大，特别是在洪水期尤为明显，由此导致河口冲刷能力增强。因此，河口区的侵蚀和堆积作用过程是相当复杂的。一般而言，落潮流对河口区河床的塑造最为重要，个别强潮河口也可以涨潮流的作用为主。2．咸淡水混合河流注入受水盆地时不同水体的混合将引起密度、含盐度、生物和化学等一系列复杂的变化，减淡水混合是入海河口最重要的特征之一。径流挟带的下行泥沙与潮流挟带的上行泥沙的淤积部位与咸淡水的界线密切相关。河口区咸淡水混合的程度取决于径流量和潮流量的变化，如前所述，根据盐度结构可将河口分为高度分层型、轻度混合型和强混合型。在高度分层型河口，比重较大的海水沿河底侵入，形成河口盐水楔。盐水楔顶端是沉积物堆积作用活跃的地方，在河口地区形成的堆积统称为拦门沙。在盐水楔型河口形成的拦门沙位置比较稳定。以美国密西西比河西南分流河口为例，洪水期拦门沙位于口门附近，造成航道的严重淤积；枯水期盐水楔顶端及浅滩移至口门以内250km，而在口门不淤积。因此，高度分层型河口的拦门沙，一般是洪淤枯冲。在轻度混合型河口，盐水楔不甚明显，仅在垂直断面上存在盐度变化带，泥沙随涨落潮流上下漂移，在憩流时暂时沉淀下来，当潮流流速加大后又悬浮起来，一般在盐水侵入的上下限之间(即过渡段)堆积，形成沙洲、浅滩，因此堆积位置不固定，浅滩分布较为复杂。根据实验和模型研究，在每一个潮周期内主要向陆的底流与主要向海的底流的辐合点(即净水流运动为零处)，河流淤积最严重。在高度混合型河口，潮流作用显著大于径流作用，咸淡水均匀混合，仅在水平方向存在盐度差别。径流挟带的泥沙亦与潮流挟带的泥沙迅速混合，故泥沙淤积与咸水界的关系不甚明显，河口浅滩的形成主要受其它因素控制。这种河口堆积强度不大，但范围可以很广，能形成大面积的拦门沙。河口环流类型A：盐水楔型B：部分混合型C：强混合型（点代表悬浮体浓度，箭头代表涨落潮时水体的流速，数字代表盐度）环流的搬运、沉积效应最大浊度带：河口湾上部悬浮体浓度较河道和湾下部大10—100倍的高浓度段。悬浮体浓度在咸水体的向陆顶端最高（径流和底层向陆河口湾流的汇聚带）。最大浊度带的宽度及悬浮浓度决定于来自陆地和外海的悬浮体的量和河口环流的强度。最大浊度带随径流变化向海或向陆移动（图6-3-4）。河口湾中部，水体混合作用弱，悬浮质点从上层降至下层，并与来自外海的质点一起，向盐水体的顶端迁移而沉积。A：环流格局(1.河水与海水要有明显的分界线；2.在分界线下有悬浮泥沙堆积；3.海流由底层向上顺时针旋转，河流流向按势能由高向低)B：悬浮体浓度（mg/l）（悬浮体浓度在潮流和地面径流的双重作用下形成舌型带状分布，分布特征是在河海交界界面堆积最大并向外逐渐递减）C：悬浮体搬运方向（泥沙的搬运方向都是由岸向海进行搬运，搬运的结果首先是在河海交界处堆积，然后在潮流作用下产生再悬浮，由近岸向外海搬运。）粘土质点的动力行为河口湾悬浮体的陆源矿物由石英、长石、云母、粘土矿物组成。粘土矿物质点的动力行为受其电化学力和湍流力控制，常以絮凝粒状态存在，絮凝粒结合成絮凝粒群，沉积到海底。粘土矿物中的胶粒（0.002mm)常带负电荷，相同电荷相互排斥不沉积，产生絮凝需互相频繁碰撞、彼此粘接在一起。絮凝粒沉积后可再悬浮，底部形成高浊度层-浊跃层，最终形成浮泥。粘土矿物絮凝体的形态A：发育阶段图解B：长江口粘土矿物絮凝体A：平面图，其中，点：浅滩；水平线：潮坪；花纹：沼泽；箭头：水、悬浮体的运动方向B：各种扩散营力的相对强度C：纵向剖面上的主要扩散路径理想的河口扩散带模式河口湾沉积特征物源：河流、外海，湾内沿岸侵蚀（矿物碎屑）、生物（钙质）、自生。沉积相序河流相组河口相组海相组粗砂，块状或交错层理；粉细砂，潮流砂脊，低角度交错层理泥—粉砂，夹透镜状体泥—粉砂，含植物碎屑，向下变为砂、砾不同环流类型的沉积特征咸水楔型河口湾：环流由河流控制，潮流几乎不起作用，下层水（咸水）的净流量向湾顶，下层水（淡水）的净流量向外海。从内陆搬运来的悬移质在下沉至下层水中时可被向上游搬运并最终在盐水楔的顶端沉积下来。推移质从上游区搬运到盐水楔顶部的向陆侧沉积下来，盐水楔顶端上游侧附近为河口湾中一快速沉积区。部分混合型河口湾：潮流作用加强。混合使得物质再密度边界处的淡、咸水之间双向运动，产生密度边界分级现象，盐水楔边界模糊。混合作用加强使上层向海的净流量远大于河流的径流量，必须由大量下层盐水向上游移动以填补向海净流量与河流径流量之间的差值。垂直均匀混合型河口湾：河流源悬移物质紧靠右边界向下游搬运，形成于湾内或来自外海的悬移物质会由靠近左边界的地方向上游搬运，可形成顺潮流展布的潮成砂脊。3．波浪作用河口区的外动力作用以波浪的能量最大，波浪对河口地区的沉积和地貌塑造都有很大影响。波浪可以使河口泥沙发生堆积，促进河口沙嘴生长，也可以侵蚀岸滩，改造河口区的沙岛和三角洲形态。波浪作用在口外海滨区形成的水下沙坝和离岸堤，给河口及附近海域创造一个平静环境，也有利于泥沙的沉积。二、河口湾的发育及其沉积物分布河口湾是被海水淹浸的河口区，外形为喇叭状或漏斗状，走向大多垂直海岸。在河流含沙量少、潮流作用强的河口，进、退潮均可发生强烈的侵蚀作用，形成喇叭形河口湾。如钱塘江每年入海泥沙只有8.9×106t，最大潮差可达8.93m，涨潮流作用的侵蚀很强，在杭州湾的北侧形成巨大的冲刷深槽。若河口外有坝滩分布，潮汐作用就会明显减弱，一旦湾口沙坝封闭了河口湾，就形成泻湖。另外，构造下沉或海面上升淹没陆地河流形成溺谷，也是河口湾的成因之一。冰后期海面上升，入海河流下游被海水淹浸形成的河口湾，由于湾内沉积，一般面积是逐渐缩小的。在最大海侵时形成的河口湾，如果河流输沙量较小，没有足够的沉积物充填，至今仍可保留河口湾的形态。如果河流的输沙量较大，河口湾将最终被泥沙充填而转变为三角洲。因此河口湾只是地质历史上的短暂现象，湾内沉积的结果将使其最终转变成三角洲，而在地层中得以保存的也只能是三角洲的沉积层序。小平岛连岛砂坝河口区的泥沙动态在很大程度上取决于水流型式。在河口区径流与涨潮流相互顶托，接触消能，形成水流相对平静的“动力平衡带”，泥沙在此大量堆积。同时，咸淡水相遇，引起悬浮胶体颗粒絮凝沉积。据实验，在流速小于30cm/s时，絮凝作用进行得最快